Material: Reactivos: - Soporte Universal - Anilina Precio (MXP) 547.00 - Matraces Erlenmeyer - Anhídrido Acético
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Material:
Reactivos:
- Soporte Universal
- Anilina Precio (MXP) 547.00
- Matraces Erlenmeyer
- Anhídrido Acético Precio (MXP)
- Matraces kitasato
- Silica gel Precio (MXP) 1,399.00
- Pipeta Pasteur
- Heptano Precio (MXP) 631.00
- Papel filtro
- Acetona Precio (MXP) 1,460.00
- Agitador Magnético
- ACOET Precio (MXP) 1,455.00
- Agitador de vidrio
- Etanol Precio (MXP) 1,216.00 4L
- Vasos de precipitado - Probeta - Vidrio de reloj - Embudo Buchner - Bomba de vacío.
Procedimiento: Sintesis de Acetanilida: En un matraz Erlenmeyer de 500 ml, se agregó 150 ml de agua, en el cual con la ayuda de una pipeta graduada de 10 ml se midió 5 ml de anilina y se añadió al agua, se agito constantemente con un agitador magnético en una parilla de agitación, ya disuelta la Anilina en agua, se puso a enfriar en un baño de hielo, Posteriormente la solución la mantuvimos en agitación constante y poco a poco fuimos adicionándole 7 ml de anhídrido acético con la ayuda de una pipeta graduada de 10 ml, hasta formar un precipitado beige. Preparamos 4 placas de cromatografía para saber si nuestra reacción ya había terminado, por lo cual preparamos nuestra fase móvil de Heptano – Acetato de Etilo (7:3), y para saber nuestra muestra problema agarramos con la espátula un poco de nuestro precipitado y lo introducimos a vaso donde le adicionamos 0.5 ml de acetato de etilo para que se formaran dos fases, la fase menos densa la aplicamos a la placa para ver si ya había terminado nuestra reacción (punto 1- Anilina y punto 2 – Mezcla). Ya obtenido el resultado de cromatografía procedimos a filtrar al vacío, cortamos un circulo de papel filtro del tamaño del embudo buchner donde con la ayuda de un matraz kitasato filtramos. Una vez ya filtrado el precipitado al vacío lo recolectamos en un vaso de precipitado para posterior secar el precipitado en la estufa a baja temperatura. Ya secos pesamos los cristales y calculamos el rendimiento de reacción.
Cristalización: Para efectuar la cristalización realizamos la prueba de solubilidad con diferentes disolventes por lo cual pesamos 0.1 g de acetanilida en 10 tubos de ensayo y en cada tubo de ensayo agregamos diferentes disolventes primero agregamos 0.5 ml si no disolvía agregamos otros 0.5 ml, si no se disolvía entonces calentábamos un poco los tubos a baño maría para ver si solubilizaban. Ya obtenidos los disolventes en el cual se disolvía ahora teníamos que encontrar un par de disolventes por lo cual hubo un factor que fue que nuestra acetanilida tenia bastante agua por lo que tuvimos que usar como disolventes etanol-agua. Ya obtenido el par de disolventes le agregamos etanol lo suficiente para que se disolviera toda la acetanilida lo mantuvimos en agitación constante donde posteriormente lo pusimos a un baño de hielo durante 30 min para que cristalizara. Transcurrido este tiempo procedimos a filtrar al vacío obteniendo nuestros cristales con coloración café claro por lo que notamos que aun tenia muchas impurezas pesamos los cristales para obtener nuestro rendimiento. Recristalización: Al ver que nuestros cristales que tenían muchas impurezas porque tenían una coloración café procedimos a buscar un par de disolventes menos polares como Heptano/ Acetona, pero hubo un problema como obtuvimos muy pocos cristales tuvimos que recristalizar de las aguas madres. Ya obtenidas las dos cristalizaciones las agregamos a un matraz Erlenmeyer de 100 ml y los disolvimos con acetona, lo cual los cristales tenían bastante agua por lo que le agregamos un agente desecante sulfato de sodio para quitar toda el agua después filtramos por gravedad. Posteriormente ya filtrada la disolución la calentamos en un baño caliente con agitación constante durante 10 minutos después se dejo enfriar y le agregamos 5 ml de heptano donde se agito constantemente por unos minutos. Nuevamente se coloco en un baño de hielo por 30 minutos para que cristalizaran para después filtrar al vacío con la ayuda del Heptano para la filtración. Al ver que nuestras aguas madres tenían mas cristales tuvimos que filtrar de nuevo y así repetimos como 2 veces mas al final los dejamos secar por un dia y los pesamos para calcular el rendimiento final. Para medir el punto de fusión de nuestros cristales utilizamos el aparato de Fisher Johns el cual con ayuda de cubre-objetos agregamos un poco de cristales, y al mantener calentando una temperatura constante obtuvimos la temperatura de fusión donde al ver la primera gota que se funde esa es la temperatura inicial y también anotamos la final ósea la ultima gota que se funden los cristales.
Diagrama de flujo: Síntesis de Acetalida: Anilina
Realizar cromatografía para saber si ya termino la reacción.
Filtrar al vacío
En un matraz Erlenmeyer agregar 150 ml de agua y 5 ml de anilina
Enfriar la disolución en un baño de hielo durante 30 min.
Agitar constantemente con un agitador magnético
Preparar la fase móvil Heptano/ACOET
Agregamos 7 ml de anhídrido acético y agitamos constantemente
Hacer 4 Placas de cromatografía
Secar cristales en la estufa a una baja temperatura
Pesar cristales para calcular rendimiento
Cristalización: Pesamos 0.1 g de acetanilida en 10 tubos de ensayo
Los mantuvimos en agitación posteriormente en baño de hielo
Filtramos al vacío
En cada uno agregamos diferentes solventes
Agregamos etanol hasta que se disuelva la acetanilida Dejamos secarlos por días para pesarlos y calcular su rendimiento
Ya obtenidos los solventes ideales ahora buscamos un par de solventes Etanol/ Agua Agregamos a un matraz Erlenmeyer toda la acetanilida que obtuvimos
Recristalización:
7.2506 ------- 100%
Recristalizar de 9.79 -------X aguas madres X= 135.08%
Buscamos un par de disolventes menos polares Acetona/Heptano
Agregamos 5 ml de Heptano y lo agitamos constantemente
Filtramos por gravedad
Colocamos en un baño de hielo por 30 min.
Filtramos al vacio
Colocamos los cristales en un matraz erlenmeyer y disolverlos con acetona
Agregamos agente desecante para eliminar el agua
Resultados: Peso Molecular
Masa
Micro moles
Volumen
Anilina
93.1 g/mol
5g
53.7 mol
4.901 ml
Anhidrido Acetico
102.1 g/mol
7.50 g
74.03 mol
7 ml
Porcentajes de Rendimiento Síntesis de Acetanilida:
7.2506 ------- 100% 9.79 --------
X
X= 135.08%
Cristalización:
Rendimiento de reacción final (Recristalización) 7.2506 ------- 100% 3.41 --------
X
X= 47.03%
Análisis de Resultados: Al principio al momento de sintetizar la acetanilida obtuvimos rendimiento de reacción de 135.08% esto debido a que los cristales obtenidos se guardaron tapados y no se dejaron secar entonces esto no significa que se haya creado la materia si no que al momento del pesaje los cristales contenían agua con lo cual aumento el peso total y afecto el resultado. La primera recristalizacion, los cristales obtenidos tenían un color café (café claro) esto debido a que los disolventes utilizados eran muy polares y la impureza principal de la acetanilida es un oxido, el cual a simple vista debería ser polar pero debido a la hiperconjugacion que tiene el compuesto se quita el dipolo permanente y hace que la impureza tenga un carácter apolar, lo cual hace imposible que se solubilice la impureza en la mezcla de los disolventes y también que no funcione el tratamiento de carbón activado esto debido a que el carbón activado solo absorbe impurezas muy polares, el cual no se utilizo. Tuvimos otro problema al pesar los cristales obtuvimos muy pocos cristales, por lo que procedimos a recristalizar de las aguas madres, en ellas tenían mucho disolvente, donde tuvimos que pedir un rotavapor para quitar el exceso de disolvente y la solución se saturara para obtener mas cristales, ya obtenidos las dos cristalizaciones
recristalizamos
nuevamente para quitar las impurezas se volvió a disolver los cristales pero esta vez en un par de solventes menos polares como fue el heptano/acetona , lo cual dio la primera cristalización con un color morado/blanco esto se debió a los disolventes utilizados como estaba en mayor proporción la acetona que es un disolvente de polaridad media no permitió la completa solubilizacion de la impureza de la acetanilida, al momento de filtrar y lavar los compuestos con heptano en mayor proporción, en las aguas madres se formaron los cristales más puros de acetanilida y al momento de filtrar y lavar con heptano en el matraz de las aguas madres se formaban cristales mas blancos, esto debido a que en el heptano se solubilizaba mejor la impureza se disolvía en la misma y por eso se obtenían cristales mas blanco y en el matraz se iban formado debido también al heptano
como la acetanilida no se solubiliza en heptano pues al momento de verter más en los lavados en el matraz de las aguas madres se saturaba el disolvente de heptano provocando que la acetanilida fuera insoluble lo cual provoco la formación de cristales. Al hacer la prueba de Fisher-Johns los cristales morados tuvieron un punto de fusión de 114-115 grados Celsius debido a que estos no estaban completamente puros elevo el punto de fusión, los cristales blancos tuvieron un punto de fusión de 113-114 grados Celsius lo cual indico que estaban libres de impurezas . En el experimento se obtuvo un rendimiento del 47.03% debido muchas circunstancias la principal es porque la acetanilida tenía demasiadas impurezas, la segunda razón principal es que al momento de recristalizar se pudo haber perdidas en las aguas madres, o en cualquier otro paso.
Conclusión:
Al realizar nuestra practica podemos concluir que nuestra hipótesis y objetivos fueron acertados ya que la cristalización es una técnica que induce a un aumento de la pureza de los solidos por lo que en nuestra practica probablemente por errores de manipulación u otros factores, en nuestra primer cristalización no fue el grado de pureza esperado, pero ya en las recristalizaciones obtuvimos cristales mas puros y esto se demuestra en la variable del punto de fusión obtenido por las diferentes cristalizaciones. Al procedimiento de Recristalización, se puede decir que es el método más adecuado para la eliminación de las impurezas pero también contamina un sólido por las cristalizaciones sucesivas bien en un disolvente puro, o bien en una mezcla de disolventes.
Referencias Bibliográficas:
Skoog A. Douglas,(1994)).Análisis instrumental, McGraw-hill, Barcelona , España. Rivas M. Introducción al trabajo de laboratorio UNAM. FB ZARAGOZA, 2003 Brown G. Operaciones básicas de Ingeniería Química Ed. Marm. 1995 Raymond C. Fisicoquimica para las ciencias químicas y biológicas. México, 3ª edición Mc Graw Hill
Resumen: En este experimento lo que se realizo fue una síntesis de acetanilida a partir de 5 g anilina y 7.56 g anhídrido acético, lo cual al momento de precipitar los cristales, estos contenían un grado alto de impurezas coloridas, las cuales con el método de purificación de cristalización se tratando de quitar las mas posibles, recristalizando primeramente con un par de compuestos muy polares como fue el etanol y agua con lo cual los cristales de la primera recristalización salieron con un color caqui (café claro), con lo cual se hizo una segunda recristalización con compuestos un poco menos polares acetona/heptano, en la cual la primera cristalización que se formaron tuvo un color morado/blanco y en las aguas madres se obtuvieron unos cristales mas puros de un color blanco y en cada filtración al vacio los cristales formados en los residuos de aguas madres que se obtenían resultaban más blancos que la primera cristalización, que por último se obtuvieron 3.41 g de cristales puros de acetanilida que es un rendimiento de reacción de 47.03%.
Introducción: Cristalización Cristalización es el nombre que se le da a un procedimiento de purificación usado en química por el cual se produce la formación de un sólido cristalino, a partir de un gas, un líquido o incluso, a partir de una disolución. En este proceso los iones, moléculas o átomos que forman una red en la cual van formando enlaces hasta llegar a formar cristales, los cuales son bastante usados en la química con la finalidad de purificar una sustancia de naturaleza sólida. Por medio de la cristalización se separa un componente de una solución en estado líquido pasándolo a estado sólido a modo de cristales que precipitan. Este paso u operación es necesaria para cualquier producto químico que se encuentre como polvos o cristales en el mundo comercial, por ejemplo, el azúcar, la sal, etc. Cuando preparamos una disolución concentrada a una temperatura elevada, y seguidamente la enfriamos, se formará una disolución conocida como sobresaturada, siendo las disoluciones que por un momento tienen más soluto disuelto del que sería posible por la disolución en concreto a una temperatura concreta en estado de equilibrio. Después podemos conseguir que se cristalice la disolución a través de un enfriamiento bajo control. Sobretodo cristaliza el compuesto inicial, lo que hace enriquecer las llamadas, aguas madres, con impurezas que se encuentran presente en la mezcla principal al no poder llegar a su límite de solubilidad. En general un solvente con una estructura similar a la del soluto es mejor disolvente que con estructuras distintas. No obstante la elección apropiada del disolvente es un proceso de ensayo y error.
Propiedades físicas, químicas y toxicas de: Acido acetilsalicílico, ácido salicílico, cafeína, fenacetina, Celita, almidón y carbón activado (norita). ÁCIDO ACETILSALICÍLICO Sinonimos: Acido orto-acetoxibenzoico Ácido o-acetilsalicílico, Acetilsalicilato; Eter acético del ácido salicílico. Compuesto químico sintético, se elabora a partir del ácido salicílico obtenido de la corteza del sauce (Salix alba), utilizada, entre otros, por los antiguos griegos y los pueblos indígenas americanos para combatir la fiebre y el dolor. Densidad 1.40 g/cm³ P. fusión 138 °C (280 °F) Punto de ebullición 140 °C (284 °F)
El ácido acetilsalicílico contiene no menos de 99,5% de C9H8O4 Calculado para la sustancia desecada. Está constituido por cristales blancos, en pequeñas tablas o agujas; inodoros y con sabor ligeramente ácido; estables en ambiente seco, pero se hidrolizan gradualmente en medio húmedo, transformándose en ácido salicílico y ácido acético. Soluble en 300 partes de agua destilada, en 7 partes de alcohol, en 17 partes de cloroformo, en 20 partes de éter y en soluciones concentradas de acetato de amonio. En las soluciones concentradas de hidróxidos y de carbonatos alcalinos es soluble con descomposición. Acción terapéutica. Analgésico, antiinflamatorio, antipirético, antitrombótico. Dosificación. Antipirético, antiinflamatorio, analgésico: 300 a 1.000mg en 3 o 4 tomas según el cuadro clínico. Procesos reumáticos agudos: 4 a 8g/día. Antitrombótico: se postula su uso en dosis de 100 a 300mg/día para la prevención trombótica luego de infarto de miocardio o accidente isquémico transitorio; sin embargo, el riesgo-beneficio de esta indicación aún no ha sido establecido de manera completa. Dosis pediátricas usuales: niños de 2 a 4 años: oral, 160mg cada 4 horas según necesidades; niños de 4 a 6 años: oral, 240mg cada 4 horas según necesidades; niños de 6 a 9 años: oral, 320mg cada 4 horas según necesidades; niños de 9 a 11 años: oral, 400mg cada 4 horas según necesidades; niños de 11 a 12 años: oral, 480mg cada 4 horas según necesidades. Reacciones adversas. Náuseas, vómitos, diarrea, epigastralgia, gastritis, exacerbación de úlcera péptica, hemorragia gástrica, rash, urticaria, petequias, mareos, acufenos. El uso prolongado y en dosis excesivas puede predisponer a la nefrotoxicidad. Puede inducir broncoespasmo en pacientes con asma, alergias y pólipos nasales. Primeros auxilios: Aire limpio, reposo. PIEL Enrojecimiento. Prevención: Guantes protectores. Primeros auxilios: Aclarar y lavar la piel con agua y jabón. OJOS Enrojecimiento. Prevención: Gafas de protección de seguridad. Primeros auxilios: Enjuagar con agua abundante durante varios minutos (quitar las lentes de contacto, si puede hacerse con facilidad) y proporcionar asistencia médica. INGESTIÓN Prevención: No comer, ni beber, ni fumar durante el trabajo. Primeros auxilios: Enjuagar la boca y proporcionar asistencia médica. ÁCIDO BENZOICO
Sinónimos: ÁCIDO BENCÉNCARBOXÍLICO, ÁCIDO BENCÉN-FÓRMICO, CARBOXIBENCENO, ÁCIDO DIACRÍLICO. Color: Blanco. Olor: Característico Sabor: Característico. Humedad: 0.7 % máximo. Pureza (base seca): 99.5 % mínimo. Metales pesados (como Pb): 10 ppm máximo. Arsénico (como As): 3 ppm máximo. Densidad (a 20ºC): 1.321 g/ml pH (solución saturada a 25ºC) 2.8 Solubilidad: Poco soluble en agua, soluble en acetona, éter, etanol y benceno. Punto de ebullición: 249 ºC Punto de fusión: 122.4 ºC Presión de vapor: 1 mm Hg a 96º C Densidad de vapor: 4.21 Síntomas por contaminación: Puede causar irritación de ojos, piel, y tracto respiratorio. Síntomas por sobreexposición: Grandes dosis de ácido benzoico pueden causar náusea, vómito, dolor gástrico, irritación del sistema respiratorio y piel incluyendo reacciones alérgicas. Color de blanco a parduzco pálido, depende de la calidad y el proceso, las calidades calcinadas pueden ser rosadas o de color ante claro; p. e. 0,24-0,34, poroso capaz de absorber 300-400% de agua por peso; pobre conductor de calor, sonido y electricidad; resistente a los ácidos excepto el fluorhídrico; lentamente soluble el álcali caliente. ALMIDÓN (Amilo) C6H10O5 Polvo blanco amorfo e insípido; terrones irregulares de polvo fino; insoluble en agua fría, alcohol y éter; forma un gel con agua hirviente; p. e. 1,499 a 1,513; p. f. no se funde; p. eb. Descompone (arde) cuando se calienta. NORITA Marca registrada de carbones activados de origen vegetal para adsorción. Purificación y decoloración de soluciones químicas, agente blanqueante para glicerina, aceites vegetales y grasas; decoloración y control de olor y sabor en el tratamiento de aguas; catalizador y soporte de catalizadores; recuperación de disolvente volátiles; purificación del aire; tratamiento y separación de gases. d) Método para determinar la solubilidad de un compuesto sólido en el laboratorio, elección del disolvente ideal para una cristalización Se coloca en un tubo de ensayo 0.1 g de la muestra problema. Agregar 1 mL del disolvente a probar, agitar y observar. Si el sólido no se ha disuelto, agregar otro mL y observe con cuidado (pueden quedar impurezas insolubles). Si no se disuelve, repetir el procedimiento, hasta 3 mL máximo. Si el sólido no se ha disuelto, es insoluble en frío; si se disolvió, es soluble en frío.
Si la sustancia fue insoluble en frío, calentar la muestra en baño María hasta ebullición y con agitación constante, teniendo precaución de mantener inalterado el volumen de la solución. Si el disolvente es agua, agregue cuerpos de ebullición y caliente en mechero hasta ebullición. Observe si hay solubilización o no. Si la sustancia no se disolvió, es insoluble en caliente; si lo hizo, es soluble en caliente. Si la sustancia fue soluble en caliente, enfriarla a temperatura ambiente y luego en baño de hielo-agua. Observar si hay formación de cristales. El disolvente ideal para cristalizar una sustancia es aquél en el que el soluto es poco soluble en frío y muy soluble en caliente. e) Propiedades que debe reunir un disolvente para usarlo en una cristalización de una sustancia orgánica. Que el compuesto [soluto] sea muy soluble a temperatura elevada. Que el soluto sea muy poco soluble en él a baja temperatura. Que no reaccione con el soluto. Que sea lo suficientemente volátil para que sea fácil eliminarlo de los cristales. Que las impurezas sean bastante solubles en frío que el soluto. f) Pasos a seguir en una cristalización con un disolvente, par de disolventes y cristalización fraccionada El procedimiento general en una cristalización es el siguiente: f1) Disolución del compuesto sólido en el disolvente ideal a ebullición. f2) Eliminación de las impurezas coloridas (si las hay) por ebullición con carbón activado. f3) Eliminación de las impurezas insolubles por filtración en caliente. (En el caso de haber usado carbón activado, se puede usar una ayuda-filtro). f4) Inducción de la cristalización (formación de los cristales). Además de dejar enfriar a temperatura ambiente y luego en baño de hielo-agua, también se puede inducir la cristalización tallando las paredes del matraz con una varilla de vidrio sembrando cristales, etc. f5) Separación de los cristales de las aguas madres por filtración al vacío. f6) Lavado de los cristales con un poco del disolvente frío. f7) Secado de los cristales. Cristalización por par de disolventes
Es un proceso en el cual se tiene el sólido a cristalizar pero no se tiene el disolvente ideal, por lo tanto se utiliza pares de disolventes. Cristalización Fraccionada Proceso en el cual se tiene dos, tres o mas sólidos a cristalizar y no se tiene el disolvente ideal por lo tanto se tiene que desarrollar un sin numero de cristalizaciones simples. g) Características de par de disolventes, ejemplos de éstos Algunas veces ocurre que ningún disolvente en particular cumple con todas las condiciones de un buen disolvente de cristalización. La elección de un par de disolventes se basa usualmente en la mutua solubilidad de los dos disolventes entre si y en la gran afinidad del compuesto a purificar por uno de ellos. Es también necesario que el otro disolvente del par tenga poca afinidad por el compuesto a purificar. Otras condiciones a tener en cuenta son: los puntos de ebullición de ambos disolventes deben ser relativamente cercanos entre si de modo que uno de los disolventes no se evapore completamente durante el calentamiento y el proceso de adición; y ambos disolventes deben ser completamente miscibles de modo que no aparezca una tercera fase durante la cristalización. Además, estos disolventes deben ser miscibles entre sí. Ejemplos: Metanol – Agua Etanol – Agua Acido acético – Agua Acetona – Agua Éter – Metanol Éter – Acetona Éter – Éter de petróleo Benceno – Ligroina Cloruro de metileno - Metanol h) Tratamiento con carbón activado (norita), decoloración y cantidad empleada para este fin. Algunas veces, se tienen como impurezas pequeñas cantidades de material colorido o resinoso, o bien, productos de descomposición que imparten color a la sustancia. Para eliminar estas impurezas coloridas se emplea un adsorbente como es el carbón activado. Éste se encuentra finamente pulverizado, con lo cual presenta una gran superficie de contacto y puede adsorber compuestos orgánicos de mayor polaridad. Pesar la muestra y colocarla en un matraz Erlenmeyer de tamaño apropiado. Agregar poco a poco el disolvente elegido, previamente calentado (comenzar con 10 mL). Calentar hasta ebullición, agitar constantemente y continuar agregando disolvente hasta disolución completa. Retirar el matraz de la fuente de calentamiento y agregar otros 5 ó 10 mL más de disolvente caliente, dejar enfriar un poco (¡nunca se agrega el carbón con la solución hirviendo o muy caliente!) y agregar una punta de espátula de carbón activado (≈ 0.1g), adicionar cuerpos
porosos y volver a hervir, teniendo cuidado de agitar constantemente con la varilla de vidrio. Dejar hervir unos 3 min., teniendo cuidado de mantener constante el volumen de disolvente, y filtrar en caliente, por filtración rápida, usando papel filtro de poro cerrado. Si el filtrado aún muestra coloración, se repite el procedimiento. i) Coadyuvante de filtración, ¿qué es, para qué y cuándo se usa? Sustancia muy porosa que facilita la dispersión o absorción y que da lugar a ciclos de filtración más largos, como la ditomea, celita y perlita. La celita, un coadyudante de filtración tiene una gran superficie y puede ser de mucha utilidad en ciertas operaciones de filtración. Si en un disolvente hay una sustancia muy finamente dividida, puede ser muy difícil eliminarla. En tales casos la celita puede suspenderse en agua y filtrarse a través de un embudo de placa perforada cubierto de papel filtro sobre un matraz de filtración. Cuando el agua pasa a través del embudo debe quedar un lecho de 0.25 a 0.5 cm. Este lecho de filtración puede emplearse entonces para eliminar las partículas finamente divididas. Antes de filtrar la disolución recuérdese eliminar el agua del matraz de filtración si se desean recoger las aguas madres. Durante el tratamiento con carbón resulta útil a veces añadir una puntita de coadyudante para ayudar la filtración por gravedad. Además, el lecho de celita puede emplearse para romper las emulsiones en el caso que representaran un problema durante la extracción. Pásese simplemente la emulsión a través del lecho de celita y vuélvase luego al embudo de decantación. Después de hacer esto, la interfase aparecerá con frecuencia claramente definida. j) Métodos para inducir una cristalización. j1) Tallar con una espátula o una varilla de vidrio las paredes del matraz (en la interfase soluciónaire) y luego enfriar el matraz en un baño de hielo-agua. j2) Si no cristaliza, posiblemente se deba a que hay un exceso de disolvente; en tal caso, agregar cuerpos de ebullición y concentrar la solución, llevándola a ebullición para evaporar parte del disolvente. Volver a enfriar, tallando las paredes con una espátula. j3) Algunas veces, es necesario “sembrar” algunos cristales de la sustancia pura, yrepetir el procedimiento de tallar y enfriar. k) Indique los tipos de filtración y doblado de papel filtro y cuándo se usa cada uno. Los filtros se dividen ya sea por su función, su ubicación y forma que poseen. Por la función que realizan se pueden dividir en tres categorías, filtros mecánicos, filtros biológicos y filtros químicos. Por la ubicación se dividen en internos y externos realizando cualquiera de las funciones anteriores. k1) Sistemas de Filtración mecánica Existen dos formas de filtración mecánica: a presión normal o a presión reducida, es decir a vacío. En el primer caso se utiliza un embudo de vidrio y un trozo de papel de filtro. Una vez colocado el papel sobre el embudo se vierten sobre él unos mililitros del disolvente empleado (en este caso
agua destilada), con objeto de que el papel se adhiera a las paredes del embudo. A continuación se verterá la mezcla reaccionante. En el caso de la filtración a vacío se utilizará un embudo Buchner, de porcelana, con su papel de filtro correspondiente, y como recipiente un matraz quitasato, especial para vacío, conectado con una goma a la corriente de agua que produce el vacío. k2) Sistemas de Filtración química Su principal función es la eliminación de compuestos químicos que con la filtración mecánica no serian posibles. Los compuestos se derivan de la actividad metabólica como los nitratos o fosfatos o medicamentos. Materiales filtrantes que se utilizan en esta filtración son: k2.1) Carbón activado Material absorbente que a través de un complejo proceso físicoquímico retiene moléculas de determinados compuestos. k2.2) Resinas sintéticas Absorben una serie de compuestos determinados existiendo resinas específicas para eliminar nitratos o fosfatos. k2.3) Turba Sirve para disminuir la dureza del agua y rebajar el pH. coloreando el agua de un color amarillento sirve para tener una comunidad de peces de tipo amazónico (como los peces disco). Doblado de papel filtro A partir de un cuadrado de papel de filtro, lo doblamos por la mitad y otra vez por la mitad. A continuación lo recortamos como indica la figura, siendo el punto C, el centro del cuadrado. Abriéndolo de modo que quede un espesor de papel por un lado y tres por el otro, tendremos un cono, que se coloca en el embudo. Es necesario que ajuste bien, para lo cual, si es necesario, se corrige la segunda doblez. Una vez ajustado, unas gotas de agua destilada harán que se pegue a las paredes del embudo. l) Utilización correcta del vacío ya sea de una fuente directa o la línea de vacío. La filtración a vacío es una técnica para separar un producto sólido de un solvente o mezcla de reacción líquida. La mezcla de sólido y líquido se vierte a través de un papel de filtro en un embudo Buchner. El sólido se retiene en el filtro y el líquido es arrastrado a través del embudo hacia el frasco colocado debajo, por un vacío que se crea en este último. Para preparar una filtración a vacío, se necesita un kitasato, embudo Buchner, el tubo de extracción, papel del filtro, solvente limpio, y la muestra. El tubo de extracción se conecta a una bomba de vacío. Algunas veces se encontrará frecuentemente que la tubería en las capuchas, están conectadas a una trampa de vacío. Este recipiente plástico previene que el solvente sea succionado por equivocación en la bomba del vacío central. La tubería debe conectarse a la boquilla del vacío de la trampa y la trampa al brazo lateral del Kitasato.
Encender el vacío usando el controlador correspondiente. Verificar el vacío sintiendo que existe succión al final de la tubería. El vacío debe ser lo suficientemente fuerte para sostener la tubería en el dedo sin caerse.
Se conecta la tubería al brazo lateral del Kitasato y se verifica la succión en la cima del frasco. Colocar el tapón monohoradado de caucho negro en la cima del frasco y luego el embudo Buchner. Verificar de nuevo la correcta succión poniendo la mano enguantada encima del embudo. Si no se siente la succión fuerte, hay una conexión pobre o un agujero en alguna parte del sistema.
Preparar para filtrar la muestra colocando un papel del filtro en el embudo Buchner y moj ándolo con el solvente limpio. Se debe ver que el papel es succionado hacia abajo contra los agujeros del embudo y el solvente debe atravesarlo rápidamente pasando al Kitasato. Para filtrar la muestra, se decantará despacio en el centro del papel del filtro. Usar más solvente limpio para enjuagar lo que quede en el vaso, de modo que todo el sólido sea filtrado. Enjuagar el sólido en el papel del filtro con más solvente limpio. Continuar arrastrando aire a través del sólido, para evaporar cualquier solvente restante en la muestra.
m) Tipos de secado de cristales. Los cristales obtenidos en la última etapa deben quedar libres del disolvente adherido mediante un secado. El Büchner se invierte sobre un papel de filtro de superficie lisa doblado en tres o cuatro capas y los cristales se pasan a éste con ayuda de una espátula limpia. Sobre los cristales se colocan otras hojas de papel de filtro y la mayor parte del disolvente se exprime presionando fuertemente. Entonces se pasan los cristales a unvidrio de reloj limpio o una cápsula plana y se cubren con una hoja de papel de filtro para evitar que caigan partículas de polvo. En estas condiciones se pueden dejar secar al aire a la temperatura ambiente o se pueden introducir en un desecador de vacío sobre un desecante que sea eficaz para eliminar el disolvente usado. Los cristales deben ponerse a secar a paso constante en un desecador u otro recipiente adecuado, por lo general a presión reducida. Los compuestos termoestables pueden calentarse hasta aproximadamente 50º C debajo de su p. f.; siempre y cuando su volatilidad no sea demasiado grande (un secado excesivo al vacío puede provocar pérdidas de material por sublimación). Los agentes secantes solamente deben usarse en los desecadores cuando se están secando cristales en disolventes acuosos.
n) Generalidades y métodos de determinación de punto de fusión. Uso y manejo de aparatos Fisher Johns, tubo de Thiele elaborar esquemas. La pureza e identidad de una sustancia orgánica
puede quedar establecida cuando sus constantes físicas (punto de fusión, punto de ebullición, color, densidad, índice de refracción, rotación óptica, etc.), corresponden con las indicadas en la literatura para dicha sustancia. Por ser de fácil determinación y por ser los más citados, tanto el punto de fusión como el de ebullición son operaciones de rutina en los laboratorios de Química Orgánica. El punto de fusión de un compuesto sólido cristalino es la temperatura a la que cambia de sólido a líquido y siempre es informado dando dos temperaturas: la primera es cuando aparece la primera gotita de líquido y la segunda es cuando la masa cristalina termina de fundir y aparece de pronto como un líquido claro. Existen actualmente muchos tipos de aparatos para determinar el punto de fusión, por ejemplo: el tubo de Thiele (muestra en capilar) y el aparato de Fisher-Johns (muestra en cubre-objetos). n1) APARATO DE FISHER-JOHNS El aparato de Fisher-Johns consta de una platina calentada mediante una resistencia eléctrica, en la que se coloca la muestra entre dos cubre-objetos redondos (unos cuantos cristales en el centro del cubre-objetos). La velocidad de calentamiento se controla con un reóstato integrado al aparato y la temperatura de fusión de la sustancia se lee en el termómetro adosado a dicha platina. n1.1) Calibración del termómetro del aparato: Se usaran tres sustancias estándar de punto de fusión conocido a las que se les deberá determinarles el punto de fusión en el aparato de Fisher-Johns. Para mayor exactitud de las determinaciones y con base en el punto de fusión conocido de cada estándar, se calcula la velocidad óptima de calentamiento que debe utilizar en el reóstato del Fisher-Johns, a través de la siguiente fórmula: Velocidad de calentamiento = (P.f. conocido x 0.8) / 3 = Pf conocido / 4 Trazar luego una gráfica de calibración del termómetro del aparato Fisher-Johns en papel milimétrico, colocando en las abscisas los puntos de fusión teóricos conocidos y en las ordenadas los puntos de fusión obtenidos experimentalmente. Esta gráfica se utiliza para corregir puntos de fusión experimentales, localizando primero en las ordenadas el valor experimental y extrapolando hacia las abscisas para encontrar el punto de fusión corregido. n2) MÉTODO DEL TUBO DE THIELE Para cerrar los capilares, calentar el tubo de vidrio con un mechero y estirarlo cuando se ablande; luego se funde el extremo delgado para cerrarlo. Para llenar el capilar, pulverizar la sustancia en un vidrio de reloj con la punta de un agitador y aplicar el extremo abierto del capilar sobre la sustancia. Enseguida, se toma un tubo de vidrio de unos 30 cm. de largo, se apoya un extremo en la mesa y se deja caer por arriba el capilar (el extremo cerrado hacia abajo), hasta que la sustancia quede en el fondo del capilar con una altura de unos 2 mm. Ahora se cierra con cuidado el capilar por su otro extremo.
El capilar ya preparado se une al termómetro mediante una rondana de hule (la cual nunca debe tocar el aceite). Observar que la sustancia en el capilar quede pegada al bulbo del termómetro: Llenar el tubo de Thiele con aceite mineral (Nujol) hasta cubrir la entrada superior del brazo lateral (observe la Fig. 3) y sostenerlo en un soporte con unas pinzas. Colocar el termómetro con el capilar en el corcho horadado, cuidando que el bulbo del termómetro (y la muestra) queden al nivel del brazo superior del tubo lateral, sin que el aceite toque la rondana de hule (porque se afloja y se cae el capilar). Comenzar a calentar suavemente el brazo lateral del tubo de Thiele con un mechero. Primera determinación.- Para conocer aproximadamente a qué temperatura se funde la muestra, regular el calentamiento del tubo de Thiele de tal manera que la temperatura aumente a una velocidad de 20º por minuto. Segunda determinación.- Preparar otro capilar con la muestra pulverizada. Repetir el procedimiento y una vez que falten unos 30º para llegar a la temperatura de fusión, disminuir la velocidad de calentamiento a 2º por minuto.
o) Factores experimentales que influyen en la determinación del punto de fusión. El punto de fusión de un sólido puro es la temperatura a la cual la fase sólida y liquida están en equilibrio. Se supone que la presión externa es de una atmósfera puesto que, como hay un ligero cambio de volumen al ocurrir la fusión, el efecto de cualquier cambio es pequeño. En el punto de fusión el sólido debe tener la misma presión de vapor que el líquido. Si no la tienen, la fase que tenga la mayor presión de vapor destilara en la otra. Otro factor son las impurezas, sus efectos son complejos pero importantes. Al determinar el punto de fusión de una sustancia existen ciertos factores que inciden en la exactitud de la medida, entre ellos tenemos: Errores personales: especialmente los relacionados con la calibración del termómetro y la lectura del mismo (al leer el valor dado por el termómetro, la línea visual debe estar en el mismo plano horizontal de la columna de mercurio). En cuanto al primer aspecto, es necesario tomar como referencia un mayor número de sustancias a las empleadas, para que la curva de calibración sea más exacta y los datos obtenidos más confiables. p) Propiedades coligativas respecto al punto de fusión de un sólido impuro. La adición de una impureza causa un descenso en el punto de congelación. Si se agrega una mayor cantidad de impureza la variación del punto de congelación será aún mayor. q) Técnicas de para tomar puntos de fusión menores a cero grados centígrados.
Punto de fluidez Este método, desarrollado para los derivados del petróleo, es adecuado para utilizarse con sustancias oleosas de baja temperatura de fusión. Tras un calentamiento previo, se va enfriando la muestra a una velocidad específica y se examinan sus características reológicas a intervalos de 3 K. Se registra como punto de fluidez la temperatura mínima a la que se aprecia movimiento de la sustancia. r) Punto de fusión mixto, técnica a seguir para tomar éste, aplicación e interpretación de los resultados del punto de fusión mixto. Un p. f. mixto sirve para identificar una sustancia. Se prepara una mezcla intima 1:1 del compuesto desconocido con una muestra pura del compuesto de referencia. Se utilizan tres tubos para p. f. que contengan, respectivamente, el compuesto desconocido, el de referencia y la mezcla; y se calientan al mismo tiempo y en el mismo aparato. Si los tres se funden simultáneamente, el compuesto desconocido es idéntico al de referencia. Si la mezcla tiene un p. f. Intermedio entre los dos (y el compuesto desconocido tiene el p. f. menor), el compuesto desconocido es probablemente una muestra impura del compuesto de referencia. Si la mezcla tiene el p. f. más bajo, las otras dos sustancias son compuestos diferentes.
Para preparar una filtración a vacío, se necesita un kitasato, embudo Buchner, el tubo de extracción, papel del filtro, solvente limpio, y la muestra.
El tubo de extracción se conecta a una bomba de vacío. Algunas veces se encontrará frecuentemente que la tubería en las capuchas, están conectadas a una trampa de vacío. Este recipiente plástico previene que el solvente sea succionado por equivocación en la bomba del vacío central. La tubería debe conectarse a la boquilla del vacío de la trampa y la trampa al brazo lateral del Kitasato. Encender el vacío usando el controlador correspondiente. Verificar el vacío sintiendo que existe succión al final de la tubería. El vacío debe ser lo suficientemente fuerte para sostener la tubería en el dedo sin caerse.
Se conecta la tubería al brazo lateral del Kitasato y se verifica la succión en la cima del frasco. Colocar el tapón monohoradado de caucho negro en la cima del frasco y luego el embudo Buchner. Verificar de nuevo la correcta succión poniendo la mano enguantada encima del embudo. Si no se siente la succión fuerte, hay una conexión pobre o un agujero en alguna parte del sistema.
Preparar para filtrar la muestra colocando un papel del filtro en el embudo Buchner y moj ándolo con el solvente limpio. Se debe ver que el papel es succionado hacia abajo contra los agujeros del embudo y el solvente debe atravesarlo rápidamente pasando al Kitasato. Para filtrar la muestra, se decantará despacio en el centro del papel del filtro. Usar más solvente limpio para enjuagar lo que quede en el vaso, de modo que todo el sólido sea filtrado. Enjuagar el sólido en el papel del filtro con más solvente limpio. Continuar arrastrando aire a través del sólido, para evaporar cualquier solvente restante en la muestra. m) Tipos de secado de cristales. Los cristales obtenidos en la última etapa deben quedar libres del disolvente adherido mediante un secado. El Büchner se invierte sobre un papel de filtro de superficie lisa doblado en tres o cuatro capas y los cristales se pasan a éste con ayuda de una espátula limpia. Sobre los cristales se colocan otras hojas de papel de filtro y la mayor parte del disolvente se exprime presionando fuertemente. Entonces se pasan los cristales a unvidrio de reloj limpio o una cápsula plana y se cubren con una hoja de papel de filtro para evitar que caigan partículas de polvo. En estas condiciones se pueden dejar secar al aire a la temperatura ambiente o se pueden introducir en un desecador de vacío sobre un desecante que sea eficaz para eliminar el disolvente usado. Los cristales deben ponerse a secar a paso constante en un desecador u otro recipiente adecuado, por lo general a presión reducida. Los compuestos termoestables pueden calentarse hasta aproximadamente 50º C debajo de su p. f.; siempre y cuando su volatilidad no sea demasiado grande (un secado excesivo al vacío puede provocar pérdidas de material por sublimación). Los agentes secantes solamente deben usarse en los desecadores cuando se están secando cristales en disolventes acuosos.
n) Generalidades y métodos de determinación de punto de fusión. Uso y manejo de aparatos Fisher Johns, tubo de Thiele elaborar esquemas. La pureza e identidad de una sustancia orgánica puede quedar establecida cuando sus constantes físicas (punto de fusión, punto de ebullición, color, densidad, índice de refracción, rotación óptica, etc.), corresponden con las indicadas en la literatura para dicha sustancia. Por ser de fácil determinación y por ser los más citados, tanto el punto de fusión como el de ebullición son operaciones de rutina en los laboratorios de Química Orgánica. El punto de fusión de un compuesto sólido cristalino es la temperatura a la que cambia de sólido a líquido y siempre es informado dando dos temperaturas: la primera es cuando aparece la primera gotita de líquido y la segunda es cuando la masa cristalina termina de fundir y aparece de pronto como un líquido claro. Existen actualmente muchos tipos de aparatos para determinar el punto de fusión, por ejemplo: el tubo de Thiele (muestra en capilar) y el aparato de Fisher-Johns (muestra en cubre-objetos). n1) APARATO DE FISHER-JOHNS El aparato de Fisher-Johns consta de una platina calentada mediante una resistencia eléctrica, en la que se coloca la muestra entre dos cubre-objetos redondos (unos cuantos cristales en el centro del cubre-objetos). La velocidad de calentamiento se controla con un reóstato integrado al aparato y la temperatura de fusión de la sustancia se lee en el termómetro adosado a dicha platina. n1.1) Calibración del termómetro del aparato: Se usaran tres sustancias estándar de punto de fusión conocido a las que se les deberá determinarles el punto de fusión en el aparato de Fisher-Johns. Para mayor exactitud de las determinaciones y con base en el punto de fusión conocido de cada estándar, se calcula la velocidad óptima de calentamiento que debe utilizar en el reóstato del Fisher-Johns, a través de la siguiente fórmula: Velocidad de calentamiento = (P.f. conocido x 0.8) / 3 = Pf conocido / 4 Trazar luego una gráfica de calibración del termómetro del aparato Fisher-Johns en papel milimétrico, colocando en las abscisas los puntos de fusión teóricos conocidos y en las ordenadas los puntos de fusión obtenidos experimentalmente. Esta gráfica se utiliza para corregir puntos de fusión experimentales, localizando primero en las ordenadas el valor experimental y extrapolando hacia las abscisas para encontrar el punto de fusión corregido.
n2) MÉTODO DEL TUBO DE
THIELE
Para cerrar los capilares, calentar el tubo de vidrio con un mechero y estirarlo cuando se ablande; luego se funde el extremo delgado para cerrarlo. Para llenar el capilar, pulverizar la sustancia en un vidrio de reloj con la punta de un agitador y aplicar el extremo abierto del capilar sobre la sustancia. Enseguida, se toma un tubo de vidrio de unos 30 cm. de largo, se apoya un extremo en la mesa y se deja caer por arriba el capilar (el extremo cerrado hacia abajo), hasta que la sustancia quede en el fondo del capilar con una altura de unos 2 mm. Ahora se cierra con cuidado el capilar por su otro extremo. El capilar ya preparado se une al termómetro mediante una rondana de hule (la cual nunca debe tocar el aceite). Observar que la sustancia en el capilar quede pegada al bulbo del termómetro:
Llenar el tubo de Thiele con aceite mineral (Nujol) hasta cubrir la entrada superior del brazo lateral (observe la Fig. 3) y sostenerlo en un soporte con unas pinzas. Colocar el termómetro con el capilar en el corcho horadado, cuidando que el bulbo del termómetro (y la muestra) queden al nivel del brazo superior del tubo lateral, sin que el aceite toque la rondana de hule (porque se afloja y se cae el capilar). Comenzar a calentar suavemente el brazo lateral del tubo de Thiele con un mechero. Primera determinación.- Para conocer aproximadamente a qué temperatura se funde la muestra, regular el calentamiento del tubo de Thiele de tal manera que la temperatura aumente a una velocidad de 20º por minuto. Segunda determinación.- Preparar otro capilar con la muestra pulverizada. Repetir el procedimiento y una vez que falten unos 30º para llegar a la temperatura de fusión, disminuir la velocidad de calentamiento a 2º por minuto. o) Factores experimentales que influyen en la determinación del punto de fusión. El punto de fusión de un sólido puro es la temperatura a la cual la fase sólida y liquida están en equilibrio. Se supone que la presión externa es de una atmósfera puesto que, como hay un ligero cambio de volumen al ocurrir la fusión, el efecto de cualquier cambio es pequeño.
En el punto de fusión el sólido debe tener la misma presión de vapor que el líquido. Si no la tienen, la fase que tenga la mayor presión de vapor destilara en la otra. Otro factor son las impurezas, sus efectos son complejos pero importantes. Al determinar el punto de fusión de una sustancia existen ciertos factores que inciden en la exactitud de la medida, entre ellos tenemos: Errores personales: especialmente los relacionados con la calibración del termómetro y la lectura del mismo (al leer el valor dado por el termómetro, la línea visual debe estar en el mismo plano horizontal de la columna de mercurio). En cuanto al primer aspecto, es necesario tomar como referencia un mayor número de sustancias a las empleadas, para que la curva de calibración sea más exacta y los datos obtenidos más confiables. p) Propiedades coligativas respecto al punto de fusión de un sólido impuro. La adición de una impureza causa un descenso en el punto de congelación. Si se agrega una mayor cantidad de impureza la variación del punto de congelación será aún mayor. q) Técnicas de para tomar puntos de fusión menores a cero grados centígrados. Punto de fluidez Este método, desarrollado para los derivados del petróleo, es adecuado para utilizarse con sustancias oleosas de baja temperatura de fusión. Tras un calentamiento previo, se va enfriando la muestra a una velocidad específica y se examinan sus características reológicas a intervalos de 3 K. Se registra como punto de fluidez la temperatura mínima a la que se aprecia movimiento de la sustancia. r) Punto de fusión mixto, técnica a seguir para tomar éste, aplicación e interpretación de los resultados del punto de fusión mixto. Un p. f. mixto sirve para identificar una sustancia. Se prepara una mezcla intima 1:1 del compuesto desconocido con una muestra pura del compuesto de referencia. Se utilizan tres tubos para p. f. que contengan, respectivamente, el compuesto desconocido, el de referencia y la mezcla; y se calientan al mismo tiempo y en el mismo aparato. Si los tres se funden simultáneamente, el compuesto desconocido es idéntico al de referencia. Si la mezcla tiene un p. f. Intermedio entre los dos (y el compuesto desconocido tiene el p. f. menor), el compuesto desconocido es probablemente una muestra impura del compuesto de referencia. Si la mezcla tiene el p. f. más bajo, las otras dos sustancias son compuestos diferentes.